人類登月的故事,將在月球兩極續寫
2019年07月21日08:30

  來源:科技日報 記者 付毅飛

  時間過得真快。一晃,人類首次登月已經過去了半個世紀,再算算,人類最後一次登月也是47年前了。許多科學家都在心心唸唸這件事情,他們認為,是時候重新回到月球,續寫50年前的故事了。那麼,不久的將來人類與月球的故事將怎樣繼續?

  下一步率先登月的或仍是美國

  半個世紀前,美國成功實施“阿波羅”計劃,在與蘇聯開展的月球競賽中大獲全勝。不過在載人登月活動停滯了40多年後,未來率先把航天員送上月球的會是誰?

  其實沒什麼懸念,大概率還是美國。

  美國已經提出了明確的登月計劃和時間表。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩向科技日報記者介紹,美國原計劃在2028年重返月球,但美國總統特朗普有不同想法。他希望自己連任後,能在任期內看到載人登月,因而將計劃時間提前到2024年。

  目前,美國國家航空航天局(NASA)已將新的登月計劃正式命名為“阿爾忒彌斯(Artemis)”。在希臘神話中,阿爾忒彌斯是阿波羅的姐姐,也是月神。NASA以此命名,除了致敬“阿波羅”計劃,還希望將女航天員首次送上月球。

  美國的登月計劃讓外界感覺不是很踏實,原因之一是運載火箭老掉鏈子。

  龐之浩說,美國波音公司正在研製“太空發射系統”(SLS),其將成為有史以來推力最大的運載火箭。該火箭的研製分兩步,初級構型下,近地軌道運載能力約70噸,後續改進型則能達到130噸左右,可以滿足載人登月甚至登上火星的需求。

  但SLS的研製進展緩慢,原計劃2017年首飛,目前已推遲到2020年。許多人對美國能否靠它如期實現載人登月表示擔憂。

  不過,航天專家黃誌澄對美國登月計劃有一定信心,認為2024年實現登月的可能性超過一半。他表示,由於受到俄羅斯、中國航天發展的壓力,美國加快載人登月腳步的決心很大。

特朗普簽署首個太空政策令 來源:新華社
特朗普簽署首個太空政策令 來源:新華社

  早些時候有外媒報導,特朗普要求為NASA額外追加16億美元預算,這些資金將加快火箭和登月系統的研發進程。美國副總統邁·彭斯曾透露,特朗普下令在2024年將美國人送上月球。

  同時黃誌澄表示,NASA採用了與以往不同的方式,聯合了許多民間力量,在著陸器、有效載荷等方面與多家民營公司簽訂了合同。“這樣的合作給美國帶來了一定優勢,不能低估美國的社會力量。”他說。

  龐之浩認為,如果美國能夠堅持現有方案並持續投資,即使2024年不能實現載人登月,最晚到2028年應該也可以重返月球。而黃誌澄認為,像SpaceX、藍色起源這樣的民營火箭公司,或將與NASA構成“雙保險”。SpaceX甚至有可能先於NASA實現載人登月。

  當美國為重現登月壯舉大力“總動員”時,其他國家也在推行登月計劃。

  今年2月,俄羅斯探月計劃流出,其中提到計劃於2031年完成首次載人登月,2034年著手建設月球基地。為此該國啟動了超級重型運載火箭項目。

  龐之浩介紹,俄羅斯正在分兩步研製新型重型運載火箭“葉尼塞”與“頓河”,它們的近地軌道運載能力分別能達到103噸和130噸。

  從技術上說,俄羅斯在大推力液氧煤油發動機領域至今獨步天下,他們的問題是錢。為此該國表態將與中國分享重型運載火箭信息,以期用技術換取資金回報。

  此外,龐之浩介紹,歐洲、日本均提出過建立月球基地的構想,但尚無實質性進展。

  至於小夥伴們關注的中國載人登月計劃,恐怕還得等等。黃誌澄表示,一方面我國重型火箭研製還需時日,另一方面未來一段時期我國面臨的最大航天項目是建設、運營載人空間站。從技術和資金角度考慮,將載人登月計劃安排在空間站運營成功之後更為恰當。

  兩極將成為未來登月落腳點

  1969年7月20日世界時20時17分,阿波羅11號飛船降落在月球靜海地區,位置在北緯0度40分26.69秒,東經23度28分22.69秒。

  靜海位於月面中央的寧靜盆地內,面積約為42萬平方公里。此後,阿波羅16號、17號飛船也在該地區登陸。

  龐之浩介紹,當年受技術能力製約,所有阿波羅飛船都是在月球正面赤道附近著陸。而如今,美國聲稱有能力落在月球任何一個地方。

  雖然美國尚未公佈未來登月的確切地點,但從近年國際探月活動發展趨勢來看,月球兩極已成主要目標。

  例如,今年1月3日,我國嫦娥四號探測器成功著陸在位於月球背面南極附近的艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑。在國家航天局公佈的探月四期工程後續計劃中,嫦娥六號任務計劃在月球南極進行采樣返回,嫦娥七號要在月球南極對地形地貌、物質成分、空間環境進行綜合探測,嫦娥八號也將繼續進行科學探測試驗,並開展一些關鍵技術的月面試驗,為以後各國共同構建月球科研基地做前期探索。

  龐之浩表示,月球兩極是人類建設月球基地的理想場所。月球兩極存在兩種特殊區域:一是永久光照區,可以獲得持續穩定的太陽能;二是永久陰影區,已有研究發現,這裏可能存在大量水冰。水可以用於航天員的生活,還能原位利用,分解成氫和氧作為飛船燃料。因此,在兩極建設月球基地,不僅有利於航天員駐留,還有助於把月球作為跳板進行載人火星探測。相比從地球出發,火星飛船從月球起飛,成本將大大降低。

  月球資源的正確“打開方式”

  “阿波羅”計劃雖然取得了許多科學、技術上的偉大成就,但主要還是服務於政治目的,為此付出了驚人的成本。如今,這種打雞血般不惜代價也要“到此一遊”的登月方式,顯然不再行得通。

  經過多年“冷靜思考”,各國普遍認識到探月活動具有政治、社會、技術、科學和經濟等多方面意義。因此,未來人類探月的目標也轉變為將科學探索和經濟利益相結合,最終目的是開發月球資源,為我所用。前文提到建設月球基地即是為此。

  那麼,月球上有哪些資源,如何開發?

  早些年,月壤中氦-3的發現,讓科學家們十分興奮。

  氦-3是被世界公認的高效、清潔、安全、廉價的核聚變發電燃料。據科學家計算,100噸氦-3所能創造的能源,相當於全世界一年消耗的能源總量。氦-3在地球上的蘊藏量極少,全球已知且容易取用的只有500公斤左右,而早期探測結果表明,月球淺層的氦-3含量多達上百萬噸,足夠解決人類的能源之憂。實際上,隨著人類對月球認識的加深,科學家發現月球氦-3的總儲量很可能更多。

  不過冷靜下來後人們發現,月球氦-3雖多,想用上卻不容易。其不僅提取過程複雜,要想大批量運輸回來,也面臨高昂的成本和許多技術難題。

  也有人提出在月球永久光照區建設大規模太陽能電站,不過所需的設備和材料怎樣運上去,獲取的電能如何突破38萬公里距離傳輸回來,這都是當前技術難以解決的問題。

  再多困難,也不能限製一些人對開發月球的想像力。2018年,日本一家名叫ispace的民營公司宣稱,將於2040年前在月球上建造一座城市,並使其客流量達到每年萬人左右。

  中國航天科工集團二院研究員楊宇光認為,這是異想天開。人類和月球的故事不是這麼發展的。

  從月球在航天活動中的定位來看,它絕非人類的“太空家園”。楊宇光認為,早期月球基地開展一些科考活動,像國際空間站那樣住4到6人就夠了,如果發現大量水資源,需要擴大基地規模進行開採和燃料製備,也不需要太多人。“2050年代人類能開始開採月球資源,那就很不錯了。”楊宇光說。

  所以,幾十年後,月球上的劇本可能是這樣:某一處大量採用月球原材料、利用3D打印技術建造的半地下式基地,憑藉月球發電站和水資源實現一定程度的自給自足。幾名工程師和科學家住在裡面,管理著智能開採設備和生產廠房,偶爾迎接來自地球的飛船和宇航員,再把他們送往火星。每隔一段時間,他們會收到來自地球的快遞,或是等來換班的人。有時候,他們會開著月球車四處探索、在乾淨的環境里用天文設備仰望星空,或是琢磨怎麼把氦-3弄回地球。這是可以預期的開發月球的正確方式。

  來源:科技日報 文中圖片來自網絡

  編輯:劉義陽

  審核:管晶晶

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